第一章金属学基础知识

1．什么是强度？什么是塑性？衡量这两种性能的指标有哪些？各用什么符号表示？ 金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度。常用的强度指标有弹性极限σe、屈服点σs、抗拉强度σb。

塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。

2．什么是硬度？HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法测出的硬度？各种硬度测试方法的特点有何不同？

硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

HBS：用淬火钢球作压头时的布氏硬度。不能测试太硬的材料，一般在450HBS以上的就不能使用。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。

HBW：用硬质合金球作压头的布氏硬度。用于测试硬度在650HBW以下的材料。 HRA：洛氏硬度，表示试验载荷588.4N（60KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥压头试压。用于硬度极高的材料，例如硬质合金。

HRB：洛氏硬度，表示试验载荷980.7N（100KG），使用直径1.59MM的淬火钢球试压。用于硬度较低的材料，例如退火钢、铸铁等。

HRC：洛氏硬度，表示试验载荷1471.1N（150KG），使用顶角为120度的金刚石圆锥头试压。用于硬度很高的材料，例如淬火钢等。

3．简述各力学性能指标是在什么载荷作用下测试的。 静载荷作用下测试：强度、塑性、硬度。 动载荷作用下测试：冲击韧度、疲劳强度。

4．试对晶体、晶格、晶胞、单晶体和多晶体作简要解释。

晶体：物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的称为晶体。 晶格：用于描述原子在晶体中排列规律的空间架格称为晶格。 晶胞：能够完整地反映晶格结构特征的最小几何单元，称为晶胞。

单晶体：如果一块晶体内部的晶格位向（即原子排列的方向）完全一致，称这块晶体为单晶体。

多晶体：由许多晶格位向不同的晶粒集合组成的晶体称为多晶体。

5．常见金属晶格类型有哪几种？试绘图说明。 ①体心立方晶格 ②面心立方晶格 ③密排六方晶格

6．晶体的各向异性是如何产生的？为何实际晶体一般都显示不出各向异性？

在相同晶格中，由于不同晶面和晶向上的原子排列情况不同，因而原子间距不同，原子间相互作用的强弱不同，从而导致晶体的宏观性能在不同方向上具有不同数值，此现象称为晶体的各向异性。

实际晶体一般是由许多单晶体组成的多晶体。在多晶体中，各晶粒的原子排列规律相同，只是位向不同而已。由于晶粒的性能在各个方向上互相影响，再加上晶界的作用，就完全掩盖了每个晶粒的各向异性，故测出多晶体的性能在各个方向上都几乎相等，显示出各向同性的

性质。

7．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？对性能有何影响？ ①点缺陷（空位和间隙原子）：产生晶格畸变。 ②线缺陷（位错）：对金属晶体的生长、相变、扩散、塑性变形、断裂及其他许多物理化学性能都有重要影响，同时材料中的位错愈多，其强度就越高。 ③面缺陷（晶界与亚晶界）

晶体中的这些缺陷使其晶格畸变，引起塑性变形、抗力增大，从而使金属的强度提高。

8．什么是过冷度？过冷度和冷却速度有何关系？

理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。冷却速度越大，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。

9．晶粒大小对力学性能有何影响？控制晶粒大小的途径有哪些？ 一般情况下，晶粒细小则金属强度、塑性、韧性好。 细化晶粒的途径有：增加过冷度、变质处理、振动处理。

10．什么是固溶体、金属化合物和多相复合组织？它们在晶体结构上有什么特点？ 固溶体：在固态下，组成合金的一种或多种组元溶入另一组元的晶格中所组成的晶体叫固溶体。在固溶体中由于溶质原子的溶入而使溶剂晶格发生晶格畸变，晶格畸变阻碍了位错的运动，使晶格间的滑移变得困难，从而提高了合金抵抗塑性变形的能力，使合金的强度、硬度升高，而塑性下降，这种现象称为固溶强化。 金属化合物：金属组元间按照一定的原子数比发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。这种化合物可以由金属与金属组成，也可以由金属与非金属组成，其性能特点是熔点高、硬度高、脆性大。

多相复合组织：由两种以上相组成的多相组织合金，称多相复合组织。包含两种或两种以上的固溶体和金属化合物。多相复合合金的性质是以组成它的物质的性质之算术平均值来估算的。

11．解释下列概念，并说明其性能和显微组织特征：铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体，莱氏体。

铁素体：碳溶于α-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，称为铁素体，用F表示。Α-Fe是体心立方晶体。由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的组织和性能与纯铁相似，即具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度较低。

奥氏体：碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，为奥氏体，用A表示。γ-Fe是面心立方晶格。由于奥氏体的溶碳量比铁素体多，因此奥氏体的强度和硬度较铁素体高，并且是单一的固溶体，所以其塑性较好，变形抗力较低。

渗碳体：渗碳体是含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物。渗碳体具有复杂的斜方晶体结构，它的硬度很高，而塑性和韧性很差，脆性大。

珠光体：铁素体和渗碳体组成的两相复合组织，称为珠光体，用P表示。珠光体的含碳量为0.77%，其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。 莱氏体：含碳量为4.3%的铁碳合金，在1148℃时同时由液体中结晶出奥氏体和渗碳体后所形成的复合组织即为高温莱氏体，用Ld表示。在室温时，莱氏体由珠光体和渗碳体组成，即为低温莱氏体，用L’d表示。莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度高、塑性差。

12．根据Fe—Fe3C相图，确定下列三种钢在给定温度时的组织。

钢号 20（ωc=0.2%） T8（ωc=0.8%） T10（ωc=1.0%） 温度/℃ 770 900 680 770 700 770 组织 铁素体和奥氏体 单一奥氏体 珠光体和二次渗碳体 奥氏体和二次渗碳体 珠光体和二次渗碳体 奥氏体和二次渗碳体 13．说明下列各渗碳体的生成条件：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体。 一次渗碳体：直接由液态结晶出来的渗碳体，形态是白色长条状。

二次渗碳体：由奥氏体超出碳溶解度而析出来的，形态是沿着奥氏体晶界分布，成网状。 三次渗碳体：由铁素体超出碳溶解度而析出来的，形态是沿着铁素体晶界分布，由于含量太少，形不成网状，以短棒状分布于铁素体晶界。

14．根据Fe—Fe3C相图解释下列现象：

（1）在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000~1250℃。 转变为单一奥氏体，塑性较好，易锻造成型。 （2）钢铆钉一般用低碳钢制作。

塑性好易变形，产生加工硬化延长铆钉使用寿命。

（3）在1100℃时，ωc=0.4%的碳钢能进行锻造，而ωc=4.0%的铸铁不能进行锻造。 因碳钢在1100℃时为单一奥氏体组织，易锻造成型。而铸铁在1100℃时是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，锻造易开裂，故铸铁不能进行锻造只能铸造。 （4）钢适于压力加工成形，而铸铁适用于铸造成形。 钢加热时可以变为单一奥氏体组织，而铸铁加热时不能变为单一奥氏体组织，它是奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物，故钢适于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。 （5）在室温ωc=0.8%的碳钢比ωc=1.2%的碳钢强度高。

含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。而含碳量超过0.9%时，析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使得钢脆性增加，强度下降。

第二章钢的热处理

1．指出Ac1、Ac3、Accm、Ar1、Ar3、Arcm各相变点的意义。 Ac1：实际加热时的共析转变线。

Ac3：实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。 Accm：实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。 Ar1：实际冷却时的共析转变线。

Ar3：实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。 Arcm：实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。

2．简述共析钢的奥氏体化过程。 ①奥氏体晶核的形成 ②奥氏体晶核的长大 ③残余渗碳体溶解

④奥氏体的均匀化

3．试画出共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线，以此说明各种转变产物的名称及转变温度区范围、转变产物性能。

①高温转变区（珠光体型转变区）：过冷奥氏体在A1线至550℃温度范围的转变产物为铁素体和渗碳体片层相间的珠光体型组织。 ②中温转变区（贝氏体型转变区）：过冷奥氏体在550℃至Ms线温度范围的转变产物为贝氏体组织，是过饱和铁素体和渗碳体组织的多相复合组织。 ③低温转变区（马氏体型转变区）：当奥氏体被连续急冷至Ms线以下温度时，由于过冷度很大，原子扩散困难，过冷奥氏体发生特殊的马氏体转变。部分未来得及转变的奥氏体，称为残余奥氏体。马氏体具有很高的硬度和强度，耐磨性也很高。

4．热处理使钢奥氏体化时，原始组织以粗粒状珠光体好还是以细片状珠光体好？为什么？ 粗粒状珠光体好。原始组织越细，相界面越多，提供的奥氏体晶核就愈多，加速奥氏体的形成。一般奥氏体化速度快的组织，完成奥氏体化后容易晶粒粗大。奥氏体晶粒粗大，转变产物的强度、塑性、韧性就比较低。

5．珠光体、贝氏体和马氏体的组织和性能有什么区别？

珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其有珍珠般的光泽。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。强韧性较好。 贝氏体是过冷奥氏体的中温（550℃～Ms）转变产物，α-Fe和Fe3C的复相组织。温度偏高区域（550～350℃）转变产物叫上贝氏体，外观貌似羽毛状，冲击韧性较差。温度偏低区域（Ms～350℃）转变产物叫下贝氏体。其强度和硬度高，并有良好的塑性和韧性，是一种综合力学性能好的组织。

马氏体（M）是碳溶于α-Fe的过饱和固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。板条状马氏体是低碳钢、马氏体时效钢、不锈钢等铁系合金的典型组织；片状马氏体则常见于高、中碳钢。高的强度和硬度是马氏体的主要特征之一，同时，片状马氏体脆性也比较高。

6．简述退火、正火的概念、目的、种类和应用范围。 退火工艺是指将钢材或钢件加热到适当温度，保温一定时间缓慢冷却，从而获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

退火目的：①降低硬度，改善切削加工性能。②消除残余内应力，防止变形与开裂，稳定尺寸。③细化晶粒，均匀组织及成分，改善钢性能，并为以后的热处理作准备。

退火种类：①完全退火：中碳钢，低、中碳合金结构钢；②等温退火：高碳钢、合金工具钢和高合金钢；③球化退火：共析钢和过共析钢；④去应力退火：铸钢件、锻轧件、焊接件和机加工零件；⑤扩散退火：钢锭和铸钢件。

正火工艺是指将钢材或钢件加热到临界温度Ac3或Accm以上某一适当温度，经保温一定时间后在空气中冷却，以获得珠光体组织的热处理工艺。 正火目的：①改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；②用于普通结构零件或大型结构零件的最终热处理；③消除过共析钢中的网状渗碳体；④作为预备热处理：中碳钢和合金结构钢。

7．淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度如何选择？ 淬火的目的是把奥氏体化的钢件淬成马氏体，然后和不同回火温度相配合，获得所需的力学

性能。

选择淬火加热温度的依据是钢的相变点，原则上亚共析钢为Ac3+(30~50℃)，共析钢和过共析钢为Ac1+(30~50℃)。

8．对淬火讲，什么样的冷却介质才是理想的？

理想的淬火冷却介质在冷却过程中，要求在C曲线的“鼻子”上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处具有保证奥氏体不发生分解的冷却速度，而在进行马氏体转变时，即在Ms点以下的温度时，冷却速度尽量小，以减少组织转变的应力。

9．将ωc=0.45%和ωc=0.8%的两种钢试样，分别加热到600℃、780℃、900℃，然后在水中淬火。各获得什么组织？硬度随加热温度如何变化？为什么？ ①ωc=0.45%

600℃：未达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。

780℃：加热温度在Ac1～Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。

900℃：加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。 ②ωc=0.8%

600℃：未达到相变温度，因此没有发生相变，组织为珠光体和二次渗碳体。

780℃：加热温度在Ac1～Ac3之间，因此组织为二次渗碳体、马氏体和少量残余奥氏体。 900℃：加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。

加热温度越高，硬度越高。因为温度越高，组织越容易转变为奥氏体，淬火冷却后转变的马氏体含量越高，而马氏体具有很高的硬度和强度，所以淬火冷却后的组织硬度也越高。

10．试述淬透性和淬硬性的概念。

淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。它是反映钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。

淬硬性指钢淬火硬化后所能达到的最高硬度的能力。

11．为什么淬火后的钢一般都要紧接着进行回火？指出各种回火得到的组织及使用范围。 工件淬火后，其组织和内部应力都是不稳定的，为了稳定组织、消除应力、调整硬度、提高塑性和韧度等，必须进行回火处理。

①低温回火：回火马氏体。主要用于各种刃具、量具、滚动轴承、冷变形模具、渗碳体和高频感应淬火件等。

②中温回火：回火托氏体。主要用于各种弹簧、某些模具以及要求具有高强度的轴、轴套和刀杆等。 ③高温回火：回火索氏体。主要用于汽车、拖拉机、机床上的各种重要构件。还常作为氮化、高频淬火等表面强化件以及某些精密零件如丝杠、量具、模具的预备热处理。

12．为了改善碳素工具钢的切削加工性，应采用何种预备热处理？ 正火—球化退火。

13．一个工件原始组织含有网状碳化物，试制定热处理工艺使之获得回火马氏体组织。 正火—球化退火—淬火—低温回火。

14．什么是化学热处理？它与普通热处理有什么不同？ 将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种化学元素的原子渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，叫做化学热处理。 化学热处理存在扩散及化学成分的变化，如渗碳将在表面形成富碳层，而渗氮则形成渗氮层。其目的就是利用化学成分的变化提高工件的使用寿命，或提高其使用强度。

15．表面淬火的目的是什么？有几种表面淬火的方法？

表面淬火是通过快速加热，使钢件表层奥氏体化，然后迅速冷却，使表层形成一定深度的淬硬组织——马氏体，而心部仍保持原来塑性、韧度较好的组织的热处理方法。 常用方法有：感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。

16．现有三个形状、尺寸、材质（低碳钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整体淬火、渗碳淬火和高频感应加热淬火，使用最简单的方法把它们区别出来。

高频感应加热淬火只处理齿轮的齿部，通过观察表面颜色可以很容易区分出来。 用硬度计分别在齿部及轮幅部打一下硬度，如硬度相同或接近则证明是普通整体淬火，如硬度不相同有明显差别（至少HRC10度以上差别）则证明是渗碳淬火。 17．某柴油机的凸轮轴，要求表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（AKU>40J）。原来用45钢调质处理，再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火。现因45钢已用完，拟改用20钢代替。

（1）试说明原45钢各热处理工序的作用；

调质的作用：使零件获得好的综合使用性能（硬度、耐磨性、强韧性都较高）。 表面高频淬火—低温回火的作用：提高零件表面的硬度和耐磨性，保持心部原来的塑性和韧性。

（2）改用20钢后，其热处理工序是否应进行修改？应采用何种热处理工艺最恰当？ 应进行修改。渗碳—淬火—低温回火。

18．确定下列钢件的退火工艺，并说明其退火目的和退火后组织。 （1）经冷轧后的15钢板；

退火工艺：完全退火。退火目的：细化晶粒，充分消除工件的内应力，降低钢的硬度，为随后的切削加工和淬火作好组织准备。退火后组织：等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。 （2）ZG270-500的铸钢齿轮；

退火工艺：完全退火。退火目的：经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象，且存在残余内应力。完全退火可以细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。退火后组织：晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。 （3）锻造过热的60钢坯；

退火工艺：完全退火。退火目的：由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀，且存在残余内应力。完全退火可以细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。退火后组织：晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。 （4）具有片状珠光体的T12钢坯。

退火工艺：球化退火。退火目的：由于T12钢坯里的渗碳体呈片状，因此不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。退火后组织：球状珠光体和球状渗碳体。

19．甲、乙两厂同时生产一批45钢零件，硬度要求为220~250HBS。甲厂采用调质处理，乙厂采用正火处理，都可达到硬度要求。试分析甲、乙两厂产品的组织和性能的差别。 甲厂（调质）：组织为回火索氏体。强度、硬度、耐磨性降低，大幅度提高了塑性、韧性，得到较好的综合力学性能的钢。 乙厂（正火）：组织为细珠光体和铁素体。正火消除中碳钢经热加工后产生的组织缺陷，塑性基本不降低。

20．下列零件均选用锻造毛坯。试为其选择热处理方法，并写出简明的工艺路线。 （1）机床变速箱齿轮，模数m=4，要求齿面耐磨，心部强度和韧度要求不高，选用45钢； 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频感应淬火+低温回火→精磨→成品

（2）重载荷工作的镗床镗杆，要求精度很高，并在滑动轴承中运转，镗杆表面应具有高硬度，心部应具有较高综合力学性能，选用38CrMoAl钢。

下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→渗氮→研磨→成品

21．现有T12钢制作的丝锥，成品硬度要求60HRC以上，加工工艺路线为轧制—热处理—机加工—热处理—机加工。试写出上述热处理工序的方法及其作用。 球化退火：轧制后当轧材组织球化不良时要采用球化退火作为预先热处理，目的是球化碳化物，以降低硬度，均匀组织，改善切削加工性，并未淬火最好组织准备。

淬火+低温回火：为使丝锥齿刃部有高硬度，而心部有足够韧性，并使淬火变形尽可能减小及考虑到齿刃部很薄，故采用等温淬火或分级淬火+低温回火。

22．某发动机轴承是用GCr15制造的，它经淬火和回火后达到所需要性能，正常操作条件下似乎满足要求，但在零度以下暴露一段时间后发动机失效了，拆卸后发现轴承尺寸明显胀大的同时，轴承中出现不少脆性裂纹。失效的原因是什么？

轴承零件经淬火和回火后，保留了一定数量的残佘奥氏体，而奥氏体是一种不稳定相，当过冷至零度以下，这部分残余奥氏体会继续转化为马氏体。由于马氏体组织的体积大于奥氏体组织，所以轴承在转变过程中体积发生胀大，挤压外部早前形成的马氏体组织，导致轴承中出现脆性裂纹。

第三章工程材料

1．钢中常存杂质元素有哪些？对钢的性能有何影响？

碳钢中除铁和碳两种元素以外，还含有硅、锰、磷、硫、非金属夹杂物等。

硅和锰是炼钢后期在脱氧和合金化时，加入钢液而残留钢中，能提高钢的强度和硬度，是有益元素。

硫和磷是由生铁带入钢中的有害元素，磷会形成脆性很大的化合物（Fe3P），使钢在100℃以下的塑性和韧性急剧下降，即“冷脆”；硫和铁形成低熔点的共晶体（Fe+FeS），造成钢材在1000~1200℃进行轧制或锻造时开裂，即“热脆”。

钢中的非金属夹杂物有氧化物、硫化物和硅酸盐等。它们的存在使钢的强度、硬度降低，是有害元素。

2．为什么合金钢的淬透性比碳钢的高？ 合金元素中，除了钴以外，所有的合金元素溶于奥氏体以后，都能增加过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体型的转变，使C曲线右移，提高了钢的淬透性。

3．解释下列现象：

（1）大多数合金钢的热处理加热温度比相同含碳量的碳钢高； 淬火加热的目的是让碳及合金元素充分溶解。合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物（氮化物）溶解需要更高温度和时间。

（2）高速钢在热轧（或热锻）后，经空冷获得马氏体组织。

由于高速钢的合金元素含量高，C曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度V越小，淬透性越好，当空冷的冷却速度V1大于临界冷却速度V时，空冷即可获得马氏体。另外，不论什么钢，轧或锻都需要在奥氏体区进行变形，因此锻（轧）后仍然是奥氏体，从奥氏体冷却下来只要冷却速度够即可转变成马氏体。

4．为什么碳钢在室温下不存在单一的奥氏体或单一的铁素体组织，而合金钢中有可能存在这类组织？

碳钢在727℃以上时存在单一奥氏体组织，低于此温度时奥氏体发生共析转变，转变为珠光体。碳钢中含有碳元素，与铁元素生成一部分铁碳化合物Fe3C。一般碳素钢在室温下的金相组织由铁素体、珠光体和渗碳体组成。

合金钢中存在某些合金元素，可以增加奥氏体的稳定性，阻止奥氏体在低温下发生转变，使得合金钢在室温下存在单一奥氏体组织。

5．何谓调质钢？为何调质钢大多数为中碳钢？合金元素在调质钢中起什么作用？

所谓调质钢，一般是指含碳量在0.25~0.6%的中碳钢。一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性，人们往往使用调制处理来达到这个目的，所以习惯上就把这一类钢称作调质钢。

只有中碳钢通过调质后才能得到很好的机械性能，即较高的强度，很好的塑性和韧性。含碳量过低，强度、硬度不足；含碳量过高，塑性、韧性不足。

调质钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。

6．为什么刃具钢中含高碳钢？合金刃具钢加入哪些合金元素？其作用怎样？ 为了保证刃具钢具有高的硬度和高的耐磨性。 加入的合金元素主要为Cr、Mn、Si、W和V等。其中Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，同时强化马氏体，提高回火稳定性；溶入渗碳体，形成合金渗碳体时，还有利于提高钢的耐磨性。W和V能提高硬度和耐磨性，并防止钢在加热时的过热，保持晶粒细化。

7．试根据下表所列项目，小结对比几类合金钢的主要特点： 钢种 成分特点 常用牌号 热处理特点 热处理后组织 16Mn、09MnV 热轧空冷，不进行热处理 铁素体+索氏体 主要性能 良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性 优良的耐磨性、耐疲劳性，足够高的韧性和强度 用途举例 用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉等 制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴和活塞销等 低合ωc<0.20金结%，构钢 ωe<3% 合金渗碳钢 ωc=0.10~20CrMnTi0.20%，加、20Cr、入铬、镍、20MnVB 锰、硅、硼、钒、钛等元素 渗碳—淬火低碳回火马氏—低温回火 体+合金碳化物 合金调质钢 ωc=0.25~40Cr、调质处理 0.50%，加40MnVB、入铬、镍、35CrMo 锰、硅、硼、钨、钼、钒、钛等元素 ωc=0.50~0.70%，加入硅、锰、铬、钨、 钒等元素 ωc=0.95~1.10%，加入铬元素 55Si2Mn淬火—中温、回火 60SiMn、50CrVB GCr15、GCr15SiMn 正火—球化退火—淬火—冷处理—低温回火—时效处理 球化退火—淬火—低温回火 一至两次预热—淬火—两至三次高温回火 回火索氏体+合金碳化物 很高的强度，很好的塑性和韧性，具有良好的综合力学性能 常用来制造一些受力复杂的重要零件（齿轮、曲轴、高强螺栓等） 合金弹簧钢 回火托氏体+合金碳化物 高弹性极限、高疲劳强度与足够的塑性和韧性 高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性和一定的耐蚀性 高的硬度和高耐磨性，红硬性高，有足够的强度和韧性 高红硬性、高耐磨性 用作重要的弹性零件，如汽车和火车用板簧、缓冲卷簧等 常用来制造各种轴承的滚珠、滚柱和内外圈套，也用来制造各种工具和耐磨零件 制造车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具 用于制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂、载荷较大的成形刀具（如齿轮铣刀、拉刀等），还用于制造冷挤压模及某些耐磨零件 制造检测工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样板等 冷作模具钢：冷冲模、冷挤压模等；热作模具钢：热锻模、热挤压模、压铸模等 合金轴承钢 回火马氏体+合金碳化物 合金刃具钢 ωc=0.65~9SiCr、1.40%，加CrWMn 入铬、锰、硅等元素 ωc=0.7~1.5%，大量的钨、铬、钒、钼等强碳化物形成元素 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V 回火马氏体+合金碳化物 回火索氏体+合金碳化物 高速工具钢 合金量具钢 采用合金工具钢和滚动轴承钢来制造 小型冷作模具钢采用低合金刃具钢，大型冷作模具钢采用高碳高CrWMn、淬火—冷处回火马氏体+CrMn、理—长时间合金碳化物 GCr15 低温回火——时效处理 小型冷作模具钢：9CrSi、CrWMn，大型冷作模具钢：Cr12、冷作模具钢：淬火—低温回火；热作模具钢：淬火—中温（高温）回火 冷作模具钢：回火马氏体+合金碳化物；热作模具钢：回火托氏体（回火索氏体）+合金碳化高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性 小型冷作模具钢：高硬度、高耐磨性、一定的韧性和抗疲劳性；热作模具钢：高的热强性和红硬合金模具钢 铬钢制造；热作模具钢采用中碳钢ωc=0.25~0.60%，加入铬、钨、硅等元素 Cr12MoV；热作模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V 物 性、高温耐磨性和高的氧化性，以及较高的抗热疲劳性和导热性

8．用高速工具钢制造手工锯条、锉刀行不行？为什么？

可行，但不合理。高速钢用于制造切削速度较高的刀具，制造成本较高，手工锯条和锉刀只需碳素工具钢即可。

9．为什么一般钳工用锯条烧红后置于空气中冷却即变软，并可进行加工，而机用锯条烧红后（约900℃）冷却，却仍具有相当高的硬度？

钳工用锯条是碳素工具钢，已经过淬火回火处理，加热置于空气中冷却相当于正火处理，使其硬度降低变软。机用锯条是高速工具钢，具有高红硬性，所以烧红冷却，还具有相当高的硬度。

10．现有Ф35x200mm两根轴，一根为20钢，经920℃渗碳后直接水淬及180℃回火，表面硬度为58~62HRC，另一根为20CrMnTi钢，经920℃渗碳后直接油淬，-80℃深冷处理后180℃回火，表面硬度60~64HRC。这两根轴的表面和心部组织与性能有何区别？并说明其原因。 钢种 20钢 表面组织 回火马氏体+渗碳体 心部组织 F+P 晶粒大小 较细小 性能 外硬内韧 原因 表面含碳量增加，心部含碳量不变，经淬火回火后达到表面高硬度，心部高韧性的性能。 加入合金元素不仅改善了组织，同时性能也得以提高。 20CrMnTi 回火马氏体+合金碳化物 F+P（细）+低碳回火马氏体 细小 表面强度、硬度更高，心部强度、硬度较高，同时韧性好。 11．解释下列牌号含义，并说明主要用途：16Mn、ZGMn13-2、40Cr、60Si2Mn、W18Cr4V、1Cr13、9SiCr、20CrMnTi、QT600-3、KTH330-08、H68、YG8、YW2、QBe2、ZChSnSb11-6、ZL108。

16Mn：低合金高强度结构钢，平均含碳量为0.16%，主要合金元素锰含量在1.5%以下。用途：用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉等。

ZGMn13-2：铸造高锰耐磨钢，主要合金元素锰含量为11%~14%，含碳量为1.00%~1.4%（ZGMn13-2）。用途：主要用于承受严重摩擦和强烈冲击的零件，如车辆履带、破碎机颚板、球磨机衬板、挖掘机铲斗和铁道道岔等。

40Cr：合金调质钢，平均含碳量为0.40%，主要合金元素铬含量在1.5%以下。用途：常用来制造一些受力复杂的重要零件（齿轮、曲轴、高强螺栓等）。

60Si2Mn：合金弹簧钢，平均含碳量为0.60%，主要合金元素硅平均含量为2%，锰含量小于1.5%。用途：用作重要的弹性零件，如汽车和火车用板簧、缓冲卷簧等。

W18Cr4V：钨系高速钢，平均含碳量≥1%，主要合金元素钨平均含量为18%，铬平均含量为4%，钒含量小于1.5%。用途：用于制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂、载荷较大的成形刀具（如齿轮铣刀、拉刀等），还用于制造冷挤压模及某些耐磨零件。

1Cr13：马氏体型不锈钢，平均含碳量为0.1%，主要合金元素铬平均含量为13%。用途：用于制造力学性能要求不高，并能耐腐蚀的工件，如汽轮机叶片、喷嘴、阀门、量具、刃具等。

9SiCr：低合金刃具钢，平均含碳量为0.9%，主要合金元素硅和铬含量小于1.5%。用途：制造车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具。

20CrMnTi：合金渗碳钢，平均含碳量为0.2%，主要合金元素铬、锰和钛含量小于1.5%。用途：常用来制造既要求有优良的耐磨性、耐疲劳性，又要承受冲击载荷作用而有足够高的韧性和强度的零件，如制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴和活塞销等。 QT600-3：球墨铸铁，最低抗拉强度为600MPa，最低伸长率为3%。用途：制造一些受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、减速箱齿轮及轧钢机轧辊等。

KTH330-08：黑心可锻铸铁，最低抗拉强度为330MPa，最低伸长率为8%。用途：常用来制造形状复杂、强度和硬度要求较高、承受冲击的薄壁、中小型零件，广泛应用于汽车、拖拉机等制造行业。

H68：单相普通黄铜，含68%铜和32%锌。用途：制作冷轧板材、冷拉线材及形状复杂的深冲件，如冷凝管、薄壁管、弹壳等。

YG8：钨钴类硬质合金，平均钴含量为8%，其余为碳化钨。用途：用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头等，适于加工短切削的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铸造黄铜、胶木等。

YW2：钨钛钽（铌）类硬质合金，主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）及钴。这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金。用途：制造硬质合金刀具，用作不锈钢、高强度钢与铸铁的粗加工和半精加工。

QBe2：铍青铜，平均含铍量为2%，其余为铜。用途：主要用来制作精密仪器仪表中各种重要的弹性零件、耐蚀耐磨零件（如仪表齿轮）、航海罗盘仪中重要零件及防爆工具等。 ZChSnSb11-6：锡基轴承合金或锡基巴氏合金，平均含锑量为11%，平均含铜量为6%。用途：制造汽车、拖拉机、汽轮机及机床的轴瓦等。

ZL108：铝硅合金或硅铝明，顺序号为8。用途：制造发动机活塞、汽缸体、风扇叶片等。

12．形状和尺寸完全相同的三块铁碳合金，其中一块为白口铸铁、一块为灰铸铁、一块为低碳钢，用何种简便方法迅速将它们分开？

先听敲击的声音，区分铸铁与碳钢；再看断口颜色，区分白口铸铁和灰铸铁。

13．下列零件采用何种材料制造？

飞机铆钉、飞机大梁及起落架、发动机缸体及活塞、车床床身、汽车发动机曲轴、污水管、自来水三通管。

飞机铆钉：形变铝合金中的硬铝

飞机大梁及起落架：形变铝合金中的超硬铝

发动机缸体及活塞：铸造特殊铝硅合金（特殊硅铝明）

车床床身：灰铸铁（HT300） 汽车发动机曲轴：合金调质钢 污水管：UPVC

自来水三通管：双相黄铜

14．为什么合金弹簧钢把Si作为重要的主加合金元素？弹簧淬火后为什么要进行中温回火？

加硅对合金弹簧钢的主要目的是提高钢的弹性强度和回火稳定性，含量多在1%以上，甚至可达3%。硅提高弹减抗力的能力最强，它具有强烈的固溶强化能力，而且能抑制渗碳体在回火过程中晶核的形成和长大，改变渗碳体的形状和间距。

中温回火后获得托氏体组织，把弹簧钢弹性极限和屈服强度提高到最大值。

15．用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺流程为：锻造→球化退火→机械加工→淬火→低温回火→磨平面→开槽加工。试分析：

（1）球化退火、淬火及低温回火的目的是什么？

球化退火目的：改善切削性能，减小淬火时的变形开裂倾向性，使钢件得到相当均匀的最终性能。

淬火目的：将材料由铁素体变为奥氏体，快速冷却后不平衡相变获得马氏体，得到高的硬度和强度。

低温回火目的：为了稳定组织、消除应力、调整硬度、提高塑性和韧度等，并获得回火马氏体。

（2）写出球化退火、淬火及低温回火的大致工艺参数。 球化退火规范： 790~810℃x2~4h，炉泠；700~720℃x3~4h，以≤30℃/h的冷却速度，缓慢炉冷到500~600℃，出炉空冷。硬度179~241HBW。 普通淬火、回火规范： ①淬火温度830~860℃，油冷，硬度62~64HRC；回火温度150~200℃，硬度61~63HRC。 ②淬火温度850~870℃，油冷，硬度62~65HRC；回火温度140~160℃，硬度62~65HRC。 ③淬火温度850~870℃，油冷，硬度62 -65HRC；回火温度160~180℃，硬度61~63HRC。 ④预热温度450~500℃，淬火温度870~880℃，油冷；回火温度180~200℃，保温2h，硬度59~62HRC。

16．何谓石墨化？石墨化的影响因素有哪些？ 铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为石墨化。影响石墨化的主要因素是铸铁的成分和冷却速度。

17．试述石墨形态对铸铁性能的影响。

①灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零，存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹，它不仅破坏了基体的连续性，减少了基体受力有效面积，而且在石墨片尖端处形成应为集中，使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越多，尺寸越粗大，分布越不均匀，铸铁的抗拉强度和塑性就越低。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体，石墨存在对其影响不大，故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的3-4倍。 ②可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小，可锻铸铁具有较高的力学性能，尤其是塑性与韧性有明显的提高。

③球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小，使得基体比较连续，在拉伸时引起应力集中的现象明显下降，从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%~50%提高到70%~90%，这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和疲劳强度不仅高于其它铸铁，而且可以与相应组织的铸钢相比。 ④蠕墨铸铁中石墨呈蠕虫状，其形态介于片状石墨和球状石墨之间。蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。抗拉强度和疲劳强度相当于铁素体球墨铸铁，减震性、耐磨性、导热性、切削加工性和铸造性与灰铸铁近似。蠕墨铸铁的突出优点是它的导热性和耐热疲劳性好。

18．说明下列牌号属于何种铸铁、并指出其主要用途及常用热处理方法。 HT150、HT350、KTH300-06、KTZ45-06、QT400-15、QT600-3。

（灰铸铁的热处理仅能改变其基体组织，改变不了石墨形态，因此，热处理不能明显改变灰铸铁的力学性能，并且灰铸铁的低塑性又使快速冷却的热处理方法难以实施，所以灰铸铁的热处理受大一定的局限性。其热处理主要用于消除应力和改善切削加工性能等。）

HT150：灰铸铁。用于承受中等应力、承受磨损的零件及在弱腐蚀介质中工作的零件。常用热处理：去应力退火（时效）、高温退火（消除白口退火）、表面淬火。 HT350：灰铸铁。承受高载荷、耐磨和高气密性重要铸件。常用热处理：去应力退火（时效）、高温退火（消除白口退火）、表面淬火。

KTH300-06：黑心可锻铸铁。制造冲击或震动和扭转载荷的零件，常用于用于制造管道配件、低压阀门、汽车拖拉机的后桥外壳、转向机构、机床零件等。常用热处理：退火、淬火回火。

KTZ45-06：珠光体可锻铸铁。制造强度要求较高、耐磨性较好的铸件，如齿轮箱、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞环等。常用热处理：退火、淬火回火。

QT400-15：球墨铸铁。制造受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、减速箱齿轮及轧钢机轧辊等。常用热处理：退火、正火、等温淬火、调质。

QT600-3：球墨铸铁。制造受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、减速箱齿轮及轧钢机轧辊等。常用热处理：退火、正火、等温淬火、调质。

19．何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？这类铝合金主要用于何处？

铝硅合金又称硅铝明，是最常用的铸造铝合金。由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合金，具有优良的铸造性能。铸造铝硅合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件，如发动机缸体、手提电动或风动工具（手电钻）以及仪表外壳。同时加入镁、铜的铝硅系合金（如ZL108），在变质处理后还可进行固溶处理+时效，使其具有较好耐热性和耐磨性，是制造内燃机活塞的材料。

20．试举出三种常用橡胶材料及其在工业中的应用实例。 天然橡胶：用于制造轮胎、胶带、胶管等通用制品。

丁苯橡胶：常用于制造轮胎、胶板、胶管、胶布、胶鞋等通用制品。

顺丁橡胶：用于制造轮胎、耐寒胶带、胶管、减震材料、电绝缘制品、体育用品及胶鞋等。

21．非金属材料今后能否完全取代金属材料？为什么？

不能，这是因为金属材料具有许多优良性能。如：强度高，优良的热处理性能，热稳定性好，导电、导热性优良等，非金属材料很难完全取代。

22．陶瓷材料的优点是什么？简述其原因。

①陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。 ②陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷材料的导热性低于金属材料，是良好的隔热材料；陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。

③陶瓷材料组织结构稳定，高温下也不会氧化，有较强的抗酸、碱、盐和熔融金属腐蚀的能力，具有优异的化学稳定性，几乎不与其他介质相互作用。

④大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，特种陶瓷还具有独特的电性能，如压电性、磁性、光电性等。

⑤陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。

23．简述粉末冶金的特点及应用。 ①粉末冶金工艺的优越性。

②某些粉末冶金材料的性能优于同成分的熔铸金属。 ③粉末冶金的经济效益高。 应用：

机械材料和零件：减摩材料、摩擦材料、结构零件。

多孔材料及制品：金属过滤器、热交换（冷却）材料、泡沫金属。 工具材料：硬质合金、复合工具材料、粉末高速钢、钢结硬质合金。 电接触材料：电触头合金、集电材料。 粉末磁性材料 耐热材料

原子能工程材料

24．常用的硬质合金有几种？举例说明其应用。

①钨钴类硬质合金：可用来切削铸铁、有色金属和非金属材料，亦可用做拉伸模、冷冲模等冷作模具，以及喷嘴、轧辊、顶锤、量具、刃具等耐磨工具和矿山工具。 ②钨钛钴类硬质合金：适于加工长切削的黑色金属，如各种钢。

③钨钛钽（铌）类硬质合金：主要用于不锈钢、耐热钢、高锰钢的加工，也适用于普通碳钢和铸铁的加工。

25．举出四种常用的工程陶瓷材料，并说明其性能及在工程上的应用。

①氧化铝陶瓷：熔点高，耐高温，具有很高的热硬性，并有很好的耐磨性和较高的强度。此外，它还具有良好的绝缘性和化学稳定性，能耐各种酸碱的腐蚀。但其脆性大，抗冲击性差，不易承受环境温度的剧烈变化。用于制造高速切削的刀具、量具、拉丝模、高温炉零件（炉管、炉衬、坩埚等）、内燃机火花塞等。

②氧化硅陶瓷：除了具有陶瓷共用的特点外，其热膨胀系数比其他陶瓷材料小，有良好的抗热性能和耐热疲劳性能。此外，其化学稳定性高，除氢氟酸外，能耐“王水”在内的各种无机酸和碱溶液的腐蚀，并能抵抗金、银、铅、锡、铝等非铁金属溶液的侵蚀，具有优良的电绝缘性。用于制造耐磨、耐蚀、耐高温以及绝缘的零件，如各种潜水泵和船用泵的密封环、

化工球阀的阀芯、热电偶管及高温轴承、燃气轮机转子叶片、切削加工用刀片等。

③碳化硅陶瓷：一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷。在1200~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，并具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。用于制造火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、汽轮机叶片、炉管、砂轮、磨料等。

④耐酸陶瓷：具有优良的耐酸碱腐蚀性，而且强度、硬度较高，并有良好的耐高温性和抗热振性。用于制造化工反应塔、耐酸砖、板、容器、管道、泵、阀以及风机等制品。

26．指出下列几种零件的选材及热处理：

（1）坐标镗床主轴，要求表面硬度≥850HV，其余硬度为260~280HBS，在滑动轴承中工作，精度要求极高；

选用40Cr钢。调质—高频表面淬火—低温回火。

（2）承受较大载荷和冲击力，要求高耐磨性的齿轮（如汽车变速齿轮）； 选用20Cr钢。渗碳—淬火—低温回火。

（3）切削速度为150m/min，用于切削灰铸铁及有色金属的外圆车刀刀头。 选用YG6钨钴类硬质合金。淬火—回火。

27．某齿轮要求具有良好的综合力学性能，表面硬度50~55HRC，用45钢制造。加工流程为：下料→锻造→热处理→粗加工→热处理→精加工→热处理→精磨。试说明工艺流程中各热处理工序的名称和目的。

①正火，加热到奥氏体温度（860℃）保温后空冷。目的：细化晶粒，使钢获得好的加工性能（低硬度，宜切削）。 ②调质（840-860℃油淬，550-600℃高温回火）。目的：使钢获得好的综合使用性能（强度、塑性都较高）。

③高频表面淬火—低温回火。目的：提高齿面硬度和耐磨性，保持心部原来的塑性和韧性。

第四章金属材料表面处理技术

1．常用的金属表面强化处理方法有哪些？

表面淬火、金属表面化学处理、金属表面冷作硬化、热喷涂技术等。

2．什么叫热喷涂？常用的热喷涂方法有几种？分别简述其原理。 利用各种热源，将与喷涂的固体涂层材料加热至熔融或熔化状态，借助于高速气流的雾化效果使其形成微细熔滴，喷射沉淀到经过预处理的工件基体表面，形成堆积结构涂层的技术称为热喷涂技术。 ①线材火焰喷涂：可以用任何一种燃气和氧气组合进行燃烧提供热量。凡是能够拉成丝的金属材料或制成棒的低熔点陶瓷材料，均可以用线材火焰喷枪进行喷涂。

②粉末火焰喷涂：是将各种不同材料（金属、合金、陶瓷、碳化物等）制成的粉末，采用重力或压力送粉方式送入喷枪，借助气流进入火焰区被熔化，高速气流或保护性气体可进一步对熔滴雾化、加速，最后喷射到工件表面形成涂层。 ③爆炸喷涂：是以突然爆发的热能加热熔化喷涂材料并使熔粒加速的热喷涂方法。爆炸喷枪与其他燃烧装置不同，它是利用氧乙炔气混合的爆炸能量，而不是靠平稳的燃烧火焰。爆炸冲击波将粉末材料以极高的速度冲击到基体表面，速度高，冲击力大，形成的涂层十分坚硬、光洁、致密，结合强度高。 ④超音速火焰喷涂：在喷涂中提高喷涂粒子的飞行速度，令其达到超音速的一种喷涂方法叫

超音速喷涂。喷涂时，燃气与氧气的混合气体在高压下被送至位于喷枪出口处的点燃区并点燃，环状流动的热气流受到外围压缩空气流的压缩，加速形成超音速火焰，粉末在载气的作用下被送到喷枪的出口处，进入燃烧火焰中，形成涂层。

⑤电弧喷涂：把需要喷涂的金属或合金丝作为两个自身消耗的线性电极，由电机变速驱动，在喷枪前部相互碰撞、短路产生电弧，电弧的温度高达5000~5500℃，足以迅速熔化线材，压缩空气使熔滴进一步雾化，高速冲向基体，形成涂层。 ⑥等离子喷涂：等离子喷涂是由电弧放电产生电弧等离子体，利用等离子焰流加热喷涂粉末材料到熔融或高塑性状态，并在高速等离子焰流载引下，高速撞击工件表面形成涂层的一种喷涂方法。

3．什么叫金属表面化学转化？常用的方法有几种？

金属表面化学，是指采用化学处理液，是金属表面与溶液界面上产生化学或电化学反应，生成稳定的化合物的薄膜处理技术。 ①铬酸盐处理 ②磷化处理 ③钢铁高温氧化 ③蒸汽处理 ④电化学处理 ⑤金属覆盖法

4．什么叫金属覆盖法？常用的方法有哪些？

金属覆盖法是将活泼性小、有较高抗蚀能力的金属，覆盖在被保护金属的表面，以达到防腐目的的方法。

常用方法：①热浸镀；②电镀；③化学镀。

5．腐蚀涂料由什么组成？有哪些涂装方法？

防腐蚀涂料主要由助剂、溶剂、颜料、填料、防锈颜料、成膜物质组成。 主要的涂装方法有刷涂、喷涂、静电喷涂法、电泳法、粉末涂装等。

6．哪些措施可有效防止铁基合金零件的腐蚀？

铁基合金零件的防护方法主要包括镀覆层法和涂装法。

第五章铸造

1．什么是铸造？铸造生产有哪些优缺点？

铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔炼金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。 优点：

①可以制成外形和内腔十分复杂的毛坯，如各种箱体、床身、机架等。

②适用范围广，可铸造不同尺寸、重量及各种形状的工件，也适用于不同材料，如铸铁、铸钢、非铁合金。铸件重量可以从几克至数百吨。

③原材料来源广泛，可利用报废的机件或切削；工艺设备费用少，成本低。 ④所得铸件与零件尺寸较接近，可节省金属的消耗，减少切削加工工作量。 缺点：力学性能较差，生产工序多，质量不稳定，工人劳动条件差等缺点。

2．简述砂型铸造的生产过程。 ①模样和芯盒的制造 ②造型 ③造芯

④铸型的组成 ⑤浇注系统和冒口

⑥合型、浇注、落砂、清理和检验

3．型（芯）砂应具有哪些性能？这些性能对铸件质量有何影响？ ①透气性：高温金属液浇入铸型后，型内充满大量气体，这些气体必须由铸型内顺利排出去，否则将使铸件产生气孔、浇不足等缺陷。

②强度：型砂必须具备足够高的强度才能在造型、搬运、合箱过程中不引起塌陷，浇注时也不会破坏铸型表面。

③耐火性：耐火性差，铸件易产生粘砂。

④可塑性：可塑性好，则造型方便，制成的砂型形状准确、轮廓清晰。 ⑤退让性：退让性不好，铸件易产生内应力或开裂。

4．零件、铸件和模样三者在形状和尺寸上有哪些区别？

在尺寸方面：零件尺寸最小。铸件上有加工余量，尺寸比零件大。模样上除了要加加工余量外，还需加上液态金属的收缩率，故尺寸最大。

在形状方面：铸件与零件相比，铸件在垂直于分型面的壁上有起模斜度，铸件各表面的转折处，都有铸造圆角，且有些小孔、小槽不铸出。模样与铸件相比，在需铸出的孔处，并无孔，且需加上型芯头。

5．手工造型的方法有哪几种？选用的主要依据是什么？

①整模造型：模样是整体结构，最大截面在模样一端为平面，分型面多为平面。

②分模造型：没有平整的表面，而且最大断面在模样中部，难以进行整模铸造的铸件。 ③三箱造型：有些铸件如两端截面尺寸大于中间截面时，需要用三个砂箱，从两个方向分别起模。

④活块造型：当模样上有妨碍起模的侧面伸出部分（如小凸台、肋条等）时，常将该部分做成活块。

⑤刮板造型：尺寸大于500mm的旋转体或等截面铸件，如带轮、飞轮、大齿轮等单件或小批量生产时，为节省木材、模样加工时间及费用，可以采取刮板造型。

⑥挖砂造型：当铸件按结构特点需要采用分模造型，但由于条件限制（如模样太薄，制模困难）仍做成整模时，为便于起模，下型分型面需挖成曲面或有高低变化的阶梯形状（称不平分型面）。

6．制芯时应采用哪些工艺措施？ ①放芯骨以提高型芯的强度 ②开通气道以提高型芯的通气性 ③刷涂料以防止铸件粘砂

④烘干以提高型芯的强度和透气性

7．制造模样和芯盒时应注意哪些问题？

①分型面的选择 ②拔模斜度 ③加工余量 ④收缩量 ⑤铸造圆角 ⑥芯头

8．机器造型的实质是什么？紧砂与起模有哪些方式？ 机器造型的实质是用机器代替了手工紧砂和起模。

紧砂方法有：压式、震击式、震压式、抛砂式和射压式紧实法； 起模方法有：顶箱起模、漏模起模和翻转起模。

9．浇注系统由哪几部分组成？其主要作用是什么？

浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成。 外浇口：承受金属液，挡渣。 直浇道：产生充填压力。 横浇道：分配金属液和挡渣。

内浇道：控制金属液的速度和方向。

10．冒口的作用是什么？其设置的原则是什么？

冒口的作用是补缩、排气和集渣。设置于铸件的顶部或“热节”处。

11．试述金属型铸造的特点的应用范围。

优点：散热快，铸件组织细密，力学性能好，精度和表面质量较好，液态金属耗用量少，劳动条件好，适用于大批生产有色合金铸件。

缺点：制造成本高，制造周期长，导热性好，降低了金属液的流动性，因而不宜浇注过薄、过于复杂的铸件；无退让性，冷却收缩时产生内应力将会造成铸件的开裂；型腔在高温下易损坏，因而不宜铸造高熔点合金。

目前金属性铸造主要用于大批量生产形状简单的铝、铜、镁等非铁金属及合金铸件，如铝合金活塞、油泵壳体，铜合金轴瓦、轴套等。

12．试述压力铸造的特点和应用范围。 优点：铸件质量高，致密性好，很多情况下无需切削加工；可以压铸形状复杂、壁薄的铸件；生产率高。

缺点：不宜压铸厚壁件；设备和模具费用高；模具生产周期长。 压力铸造适用于大批生产壁薄的有色金属中小型铸件。

13．简述熔模铸造的工艺过程。它有何特点？用于何种场合？

用易熔材料（蜡或塑料等）制成精确的可熔性模型，并涂以若干层耐火涂料，经干燥、硬化成整体型壳，加热型壳熔失模型，经高温焙烧而成耐火型壳，在型壳中浇注铸件。

优点：铸件的尺寸精度和表面质量都很高，一般可不进行切削加工；可以铸造形状很复杂的铸件；所需设备简单、投资少、不受生产批量的限制。

缺点：工艺过程复杂，生产周期长；由于受蜡模、型壳强度和刚度的限制，铸件质量一般不超过25kg。

熔模铸造适用于铸造形状很复杂的铸件，如汽轮机叶片、各种叶轮、复杂刀具等。

14．合金的铸造性能有哪些？其影响因素是什么？ 流动性：合金的成分、铸型的特点、浇注条件。

收缩性：合金的化学成分、浇注温度、铸型条件和铸型结构。 偏析。

15．何谓铸造应力？如何减小和消除应力？ 随着温度的下降，铸件会产生固态收缩，有些合金甚至还会因发生固态相变而引起收缩或膨胀，这些收缩或膨胀若受到阻碍或因铸件各部分互相牵制，都将在铸件内部产生应力。 减小与消除应力的方法：一是铸造工艺方面采用退让性好的型砂和芯砂，合理设置浇注系统和冒口，使铸件各部分冷却温差减小；二是及时对铸件进行消除应力退火，以消除其铸造应力。

16．冲天炉的炉料由哪几部分组成？各起什么作用？ 金属料：生产铸铁件的材料。

燃料：用焦炭作燃料，提供高温热源，与生铁中的部分氧化铁发生还原反应。 熔剂：稀释熔渣的作用。

17．铸件有哪些常见的缺陷？它们产生的主要原因是什么？

①气孔。产生原因：型砂含水过多，透气性差；起模和修型时刷水过多；砂芯烘干不良或砂芯通气孔堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快等。

②缩孔。产生原因：铸件结构不合理，如壁厚相差过大，造成局部金属集聚；浇注系统和冒口的位置不对，或冒口过小；浇注温度太高，或金属化学成分不合格，收缩过大。

③砂眼。产生原因：型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧实度不够；合箱时铸件局部损坏，浇注系统不合理，冲坏了铸型。

④粘砂。产生原因：型砂和芯砂的耐火性不够；浇注温度太高；未刷涂料或涂料太薄。 ⑤错箱。产生原因：模样的上半模和下半模未对好；合箱时，上、下砂箱未对准。 ⑥裂缝。产生原因：铸件的结构不合理，壁厚相差太大；型砂和芯砂的退让性差；落砂过早。 ⑦冷隔。产生原因：浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过程曾有中断；浇注系统位置开设不当或浇道太小。

⑧浇不足。产生原因：浇注时金属量不够；浇注时液体金属从分型面流出；铸件太薄；浇注温度太低；浇注速度太慢。

18．何谓浇注位置？确定铸件浇注位置的基本原则是什么？

浇注时，铸件在铸型中所处的位置称为浇注位置，即在浇注时，铸件在铸型中是处于垂直、水平或倾斜的位置。 基本原则：

①铸件上重要的加工面、受力面和基准面，在浇注时应尽量朝下，因为气体、熔渣、砂粒等容易上浮，使铸件上部质量较差。

②铸件的宽大平面应朝下，可以防止大平面上产生气孔、夹砂的缺陷。 ③具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型下部。这是为了防止薄壁部分产生浇不足、冷隔等缺陷。

④易形成缩孔的铸件，应把厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，这样便于在铸件厚处直

接安置冒口，以利于补缩。

19．何谓分型面？选择铸件分型面时，应考虑哪些原则？ 分型面是指上、下砂型的接合面。 基本原则：

①分型面应选择在模样的最大截面处，以便于取模，挖砂造型时尤其要注意。 ②应尽量减少分型面数目，成批量生产时应避免采用三箱造型。 ③应使铸件中重要的机加工面朝下或垂直于分型面，便于保证铸件的质量，因为浇注时液体金属中的渣子、气泡总是浮在上面，铸件的上表面缺陷较多，铸件的下表面和侧面质量较好。 ④应使铸件全部或大部分在同一砂型内，以减少错箱、飞边和毛刺，提高铸件的精度。

20．下列铸件在大批量生产时，采用什么铸造方法为宜？

车床床身，汽轮机叶片，铸铁污水管，煤气罐安全阀，汽缸套，生活用铁锅，滑动轴承。 车床床身——砂型铸造 汽轮机叶片——熔模铸造 铸铁污水管——离心铸造 煤气罐安全阀——压力铸造 汽缸套——离心铸造 生活用铁锅——砂型铸造 滑动轴承——砂型铸造

21．图5-36所示铸件结构中哪个合理？为什么？

b合理。b的结构有利于落砂，方便砂芯与铸件的分离。

22．图5-37所示各连接是否合理？为什么？如何改进？

a不合理。铸件壁的连接处为直角，易产生应力集中和金属积聚。铸件壁的连接应平缓、圆滑。

b不合理。铸件壁厚不均匀，会产生冷却不均匀，引起大的内应力，

从而使铸件产生变形和裂纹，同时，还会因金属局部积聚产生缩孔。铸件厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡，做到减少应力集中，防止裂纹产生。 c合理。

23．如何改进图5-38所示铸件的结构，以降低可能出现在圆圈内的“热节”。

减小铸件圆圈内局部结构的壁厚，使铸件壁厚尽可能均匀，以降低热节。

第六章金属塑性成形工艺

1．锻件和铸件相比有哪些不同？

铸件的特点是容易获得其他方法不易获得的形状复杂的工件；铸件成本低；可以采用特殊工艺获得精密铸件，其表面不经加工即有理想的光洁度；铸件成形简单，比锻造价格便宜；但铸件内容易出现缺陷及非致密区，在强腐蚀及高压场合不能保证铸件的质量。 锻件是使用锻打设备对坯料进行锻打成型，一般无法锻打出比较复杂的工件；需要较大的加工量；但锻件组织结构比较致密，不容易出现内部缺陷，因此广泛用于要求高的部件加工，如阀座、阀芯、阀杆等，在高压及强腐蚀合金阀门中，锻件阀体也被大量采用。

2．影响金属的锻造性能的因素有哪些？提高金属锻造性能的途径有哪些？ ①材料的本质：化学成分、组织结构。

②变形条件：变形温度、变形速度、变形方式（应力状态）。

提高金属锻造性能的途径：细化晶粒、控制锻造温度和速度、改善锻件的应力状态。

3．什么是纤维组织？纤维组织的存在有何意义？ 材料塑性变形时，随工件外形的变化，其内部晶粒及晶间夹杂物沿着最大主变形方向被拉长、拉细、压扁而形成的组织。

纤维组织的存在使金属在性能上具有了方向性，沿纤维方向塑性和韧性提高；垂直纤维方向塑性和韧性降低。纤维组织的稳定性很高，故在制造零件时，应使纤维沿轮廓方向分布。

4．自由锻有哪些基本操作工序？各自有何用途？

自由锻工序按其作用不同分为三大类工序：基本工序、辅助工序（如倒棱、压肩等）和精整工序（修整、校直、平整端面等）。 ①基本工序：指能够较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，也是自由锻造过程中主要变形工序。如镦粗、拔长、芯棒拔长、冲孔、扩孔、马架扩孔、弯曲、剁切等工步。

②辅助工序：指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。如钢锭倒棱、压钳把、阶梯轴分段压痕等工步。 ③精整工序：指用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到锻件图纸要求的工序。一般是在某一基本工步完成后进行。如镦粗后的鼓形滚圆和截面滚圆、端面平整、弯曲校直等工步。

5．始锻温度和终锻温度过高或过低对锻件将会有什么影响？ 始锻温度过高，容易产生过热和过烧缺陷；终锻温度过高，再结晶后的细小晶粒会继续长大，

锻件会因晶粒比较粗大而降低力学性能。 始锻温度过低，加工变形困难；终锻温度过低，金属塑性降低，变形抗力增加，可锻性变差，金属产生加工硬化，甚至发生开裂。

6．Ф300的低碳钢板能否一次拉深成Ф100的圆桶？为什么？应如何处理？ 不能。因为拉深系数m=100/300=0.33<0.5~0.8，所以不能一次拉深成形。 应采取的相应措施： ①多次拉深。

②中间穿插再结晶退火，以消除内应力，保证其具备足够的塑性。 ③添加润滑剂，用以减少摩擦阻力。

7．热加工对金属的组织和性能有何影响？

热处理的作用是使锻件的内部组织进一步细化和均匀化，消除锻件残余应力，降低锻件硬度，便于进行切削加工等。

8．重要的轴类锻件在锻造过程中常安排有镦粗工艺，为什么？

锻件存在缩孔宿松、偏析等缺陷，合理的镦粗工序能焊合内部缺陷，减小偏析，以满足技术要求。

9．模锻件为何要有斜度、圆角及冲孔连皮？ 斜度：便于从模腔中取出锻件。

圆角：增加锻件强度，使锻造金属易于充满模腔；避免锻模内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处磨损，从而提高模具使用寿命。

冲孔连皮：锻件在高温高压环境下成型，冷却后孔的变形很严重，连皮为了减小孔的变形。

10．试从生产率、锻件精度、锻件复杂程度、锻件成本几个方面比较自由锻、胎模锻和锤上模锻三种锻造方法的特点。

自由锻锻造过程中，金属坯料在上、下砥铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制，其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。

模锻是将加热后的金属坯料，在冲击力或压力作用下，迫使其在锻模模腔内形成，从而获得锻件。

胎模锻是用自由锻的设备，简单的非固定模具（胎模）生产模锻件。

与自由锻相比，胎模锻具有生产率高、粗糙度值低、锻件形状复杂、节约金属等优点；与锤上模锻相比，节约了设备投资，大大简化了模具制造。但是胎模锻生产率和锻件质量都比锤上模锻差，劳动强度大，安全性差，模具寿命低，只适合于小型多品种锻件的中、小批量生产。

11．比较拉深、平板坯料胀形和翻边，说明三种成形方法的异同。 拉深：使平面板料成形为中空形状零件的冲压工序。

翻边：将工件上的孔或边缘翻出竖立或有一定角度的直边。 胀形：利用局部变形使半成品部分内径胀大的冲压成形工艺。

12．现代塑性加工有哪些新技术？各应用在何处？

①挤压的应用：冷挤压常用于制造零件，适用于塑性较好的材料。

②拉拔的应用：是管材、棒材、异型材及线材的主要生产方法之一。

③轧制成形的应用：纵轧——扁断面的长杆件，带有头部、眼长度方向横截面递减的锻件、连杆件等；横轧——齿轮轧制；斜轧——钢球轧制、周期性变形的毛坯轧制、带有螺旋线的高速钢滚刀、麻花钻、自行车后闸壳以及冷轧丝杠等；楔横轧——加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。

④精密模锻的应用：适用于大批量生产，如精密模锻伞齿轮。

⑤超塑性成形的应用：超塑性气压成型、超塑性拉伸成形、超塑性挤压成形、超塑性无模拉拔成形。

13．板料冲压有哪些基本工序？冲饭盒、煤气罐封头、搪瓷盆、硬币时，各应采用哪些冲压工序？

①分离工序：剪切、冲孔和落料。

②变形工序：弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口、压筋。 ③整修工序

冲饭盒：拉深；煤气罐封头：缩口；搪瓷盆：拉深、翻边；硬币：落料、压筋。 14．齿轮结构如图6-45所示。该零件材料为45钢，生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯。试为其制定工艺过程规程。

①绘制锻件图。要求锻出齿轮零件图上的齿形和圆周上的狭窄凹槽，在技术上是不可能的，应加上余块，简化锻件外形。

根据《圆环类自由锻件机械加工余量和公差（JB4249.6—86）》查得：锻件水平方向的双边余量和公差为a=(12±5)mm，锻件高度方向的双边余量和公差为b=(10±4)mm，内孔的双边余量和公差为b=(14±6)mm，由此绘出齿轮锻件图，如图所示。

②确定齿轮变形工序及中间坯料尺寸。根据齿轮锻件图求出D=301mm，凸肩部分D肩=301mm，d=131mm，H=62mm，凸肩部分高度H凸=34mm，于是得到D肩/d=2.29，H/d=0.47，齿轮的变形工序可选为镦粗—拔长—扩孔。

A镦粗。由于齿轮锻件带有单面凸肩，须采用垫环镦粗，由此确定垫环尺寸，齿轮的锻造工艺过程如图所示。

垫环空腔体积V垫应比锻件体积V肩大10%～15%（厚壁取小值，薄壁取大值），本例取12%，经计算V肩=753253mm3，于是V垫=1.12V肩=1.12 x 753253=843643mm3。 考虑到冲孔时会产生拉缩，垫环高度H垫应比锻件凸肩高H肩增加15%～35%（厚壁取小值，薄壁取大值），本例取20%。H垫=1.2H肩=1.2 x 34=40.8mm，取40mm。 垫环内径d径根据体积不变条件求得，即 d径=1.13V垫843643=1.13=164mm H垫40垫环内比应有斜度（7o），上端孔径定为Ф163mm，下端孔径为Ф154mm。

为了去除氧化皮，在垫环上镦粗之前应进行自由镦粗，自由镦粗后坯料的直径应略小于垫环内径，而经垫环镦粗后上端法兰部分直径应比锻件最大直径小些。

B冲孔。冲孔应该考虑两个问题，即冲孔芯料损失要小，同时又要照顾到扩孔次数不能太多，冲孔直径d冲应小于D/3，即≤

D213==71mm，实际选用d冲=60mm。 33C扩孔。总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即131-60=71mm。71mm分三次扩孔，各次

扩张量为21mm，25mm，25mm。

D修正锻件。按齿轮锻件图进行最后修整。

③计算原坯料尺寸。原坯料体积V0包括锻件体积V锻和冲孔料芯体积V芯和烧损体积，即 V0=(V锻+V芯) x (1+δ)。锻件体积按齿轮锻件图公称尺寸计算，V锻=2368283mm3。 冲孔芯料体积应考虑冲孔芯料厚度与毛坯高度有关。因为冲孔毛坯高度H孔坯=1.05H锻=1.05 x 62=65mm，H芯=(0.2~0.3) H孔坯，取0.2，则H芯=0.2 x 65=13mm。因此，V芯=π/4d2H芯=π/4 x 602x 13=36757mm3。

烧损率δ取3.5%，则V0=2489216mm3。

因为齿轮第一道工序是镦粗，所以坯料直径按以下公式计算： D0=(0.8~1.0)3V0=108~135.8=120mm 取D0=120mm，H0=

V0?4=220mm

D02④选择设备吨位。根据锻件形状尺寸，查有关资料，可选用0.5t自由锻锤。 ⑤确定锻造温度范围。45钢的始锻温度为1200℃，终端温度为800℃。 ⑥制定锻造工艺卡片（略）

15．试确定如图6-46所示零件的冲压工序，并绘制相应的工序简图。材料为Q235—A，钢板厚度为2mm。

冲压工序为落料（整块坯料）—冲孔（中心孔）—弯曲（两边）—冲孔（两边孔）。

16．连续模和复合模的主要区别何在？ 在一付模具上有多个工位，在一个冲压行程同时完成多道工序的冲模称为连续冲模或级进模。 复合模是指在一付模具上只有一个工位，在一个冲压行程上同时完成多道冲压工序。

17．精密模锻和普通模锻相比有哪些不同之处？

精密模锻是指在普通锻造设备上锻造高精度锻件的方法。其主要工艺特点是使用两套不同精度的锻模。先使用普通锻模锻造，留有0.1～1.2mm的精锻余量，然后切下飞边并进行酸洗，再使用高精度锻模，直接锻造出满足精度要求的产品零件。在精密模锻过程中，要采用无氧化和少氧化的加热方法。

18．自行车上的锻压件有哪些（至少找出10个）？是用什么方法生产的？ 变速线——拉拔

链条——轧制成形（纵轧） 座管——拉拔

中轴——镦粗、拔长

飞轮——轧制成形（横轧） 前叉——模锻 车架——拉拔

车把——拉拔、弯曲 辐条——拉拔 轮辋——模锻

19．挤压分为几种？它们各有什么特点？

挤压按坯料温度区分有热挤压、冷挤压和温挤压三种。 金属坯料处于再结晶温度以上时的挤压为热挤压。热挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属的管材和型材等，属于冶金工业范围。钢的热挤压既用以生产特殊的管材和型材，也用以生产难以用冷挤压或温挤压成形的实心和孔心（通孔或不通孔）的碳钢和合金钢零件，如具有粗大头部的杆件、炮筒、容器等。热挤压件的尺寸精度和表面光洁度优于热模锻件，但配合部位一般仍需要经过精整或切削加工。

在常温下的挤压为冷挤压。冷挤压原来只用于生产铅、锌、锡、铝、铜等的管材、型材，以及牙膏软管（外面包锡的铅）、干电池壳（锌）、弹壳（铜）等制件。20世纪中期冷挤压技术开始用于碳素结构钢和合金结构钢件，如各种截面形状的杆件和杆形件、活塞销、扳手套筒、直齿圆柱齿轮等，后来又用于挤压某些高碳钢、滚动轴承钢和不锈钢件。冷挤压件精度高、表面光洁，可以直接用作零件而不需经切削加工或其他精整。冷挤压操作简单，适用于大批量生产的较小制件（钢挤压件直径一般不大于100毫米）。 高于常温但不超过再结晶温度下的挤压为温挤压。温挤压是介于冷挤压与热挤压之间的中间工艺，在适宜的情况下采用温挤压可以兼得两者的优点。但温挤压需要加热坯料和预热模具，高温润滑尚不够理想，模具寿命较短，所以应用不甚广泛。

20．试选择生产下列零件的锻压方法。（未注明生产批量的为大批量生产） 垫片，钢笔尖，家用铝锅，起重机吊钩（单件小批量），曲轴，扳手，铜导线。 垫片——落料、冲孔 钢笔尖——模锻 家用铝锅——冲压 起重机吊钩——自由锻 曲轴——模锻

扳手——轧制成形（纵轧） 铜导线——拉拔

第七章焊接

1．熔焊、压焊和钎焊的实质有何不同？ 熔焊的实质是金属的熔化和结晶，类似于小型铸造过程。压焊的实质是通过金属欲焊部位的塑性变形，挤碎或挤掉结合面的氧化物及其他杂质，使其纯净的金属紧密接触，界面间原子

间距达到正常引力范围而牢固结合。钎焊的实质使利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件。

2．低碳钢焊缝热影响区包括哪几个部分？简述其组织和性能。 ①熔合区，即熔合线附近焊缝金属到基体金属的过渡部分。温度处在固相线附近与液相线之间，金属处于局部熔化状态，晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后的组织为过热组织，呈典型的魏氏组织。这段区域很窄（0.1-1mm），金相观察实际上很难明显的区分出来，但该区对于焊接接头的强度、塑性都有很大影响，往往熔合线附近是裂纹和脆断的发源地。 ②过热区（粗晶粒区）。加热温度范围Tks-Tm（Tks为晶粒开始急剧长大温度，Tm为熔点），当加热至1100℃以上至熔点，奥氏体晶粒急剧长大，尤其在1300℃以上，奥氏体晶粒急剧粗化，焊后空冷条件下呈粗大的魏氏组织，塑性、韧性降低，使接头处易出现裂纹。 ③正火区（细晶粒区），即相变重结晶区。加热温度范围Ac3-Tks之间，约为900-1100℃，全部为奥氏体，空冷后得到均匀细小的铁素体+珠光体组织，相当于热处理中的正火组织，故又称正火区。

④部分相变区，即不完全重结晶区。加热温度Ac1- Ac3，约750-900℃，钢被加热至奥氏体+部分铁素体区域，冷却后的组织为细小铁素体+珠光体+部分大块未变化的铁素体，晶粒大小不均匀。

3．电焊条的组成及其作用是什么？

焊条由焊芯和药皮（涂料）两部分组成。

焊芯的作用：一是作为电极传导电流，二是其熔化后成为填充金属，与熔化的母材共同组成焊缝金属。药皮的主要作用：改善焊接工艺性，对焊接区起保护作用，起冶金处理作用，并补充被烧损的合金元素等。

4．简述手工电弧焊的原理及过程。 利用电焊机的低压电流，通过电焊条（为一个电极）与被焊件（另一个电极）间形成的电路，在两极间引起电弧来熔融被焊接部分的金属和焊条，使熔融的金属混合并填充接缝而形成电弧焊缝。

手工电弧焊操作过程包括引燃电弧、送进焊条和沿焊缝移动焊条。

5．试从焊接质量、生产率、焊接材料、成本和应用范围等方面比较下列焊接方法： （1）手工电弧焊；（2）埋弧焊；（3）氩弧焊；（4）CO2保护焊。

①手工电弧焊质量最差，生产率低，焊条种类有酸性焊条和碱性焊条两种，成本比CO2保护焊高，应用范围最广泛，适宜焊接板厚≥3mm的碳钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等，以及铸铁的补焊。

②埋弧焊质量好，生产率高，焊接材料有碳素结构钢、合金结构钢、高合金钢和各种有色金属焊丝以及堆焊用的特殊合金焊丝，成本低，应用范围小，通常只适于焊接长直的平焊缝或较大直径的环焊缝，不能焊空间位置焊缝及不规则焊缝。

③氩弧焊质量最高，生产率高，选用的焊接材料与母材相同，成本高，可全方位焊接，主要适用于铝、镁、钛及其合金，以及稀有金属、不锈钢、耐热钢等的焊接。

④CO2保护焊质量较好，生产率高，焊接材料为含有Si、Mn等脱氧元素的专用焊丝，成本低，可全方位焊接，主要适用于焊接低碳钢和强度不高的普通低合金结构钢焊件，焊件厚度不大于50mm（对接形式），不适于焊接易氧化的有色金属。

6．焊接接头有几个区域？各区域的组织性能如何？ 焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。

（1）焊缝：焊缝金属的结晶形成柱状的铸态组织，由铁素体和少量珠光体组成。焊接时，熔池金属受电弧吹力和保护气体的吹动，使熔池底壁的柱状晶体成长受到干扰，因此，柱状晶体呈倾斜层状，晶粒有所细化。又因焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰和硅等合金元素的含量可能比母材金属高，所以焊缝金属的性能不低于母材。

（2）熔合区：该区被加热到固相线和液相线之间，熔化的金属凝固成铸态组织，而未熔化的金属因加热温度过高而成为过热的粗晶粒，致使该区强度、塑性和韧性都下降，并引起应力集中，是产生裂纹、局部脆性破坏的发源地。在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄，但在很大程度上决定着焊接接头的性能。

（3）热影响区：由于焊缝附近各点受热情况不同，热影响区又分为过热区、正火区和部分相变区。

①过热区：焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒明显粗大的区域，称为过热区。过热区被加热到Ac3以上100～200℃至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因而该区的塑性及韧性降低。对于易淬火硬化的钢材，此区脆性更大。

②正火区：该区被加热到Ac3至Ac3以上100～200℃之间，金属发生重结晶，冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织（正火组织），其力学性能优于母材。

③部分相变区：该区被加热到Ac1～Ac3之间的温度范围内，材料产生部分相变，即珠光体和部分铁素体发生重结晶，使晶粒细化；部分铁素体来不及转变，具有较粗大的晶粒，冷却后致使材料晶粒大小不均，因此，力学性能稍差。

7．简述产生焊接应力和变形的原因，并说出减小焊接应力的工艺措施有哪些。 焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。

减小或消除焊接应力的工艺措施：焊前预热，焊后热处理；刚性固定法；合理地安排焊接顺序；加热“减应区”；反变形法。

8．请说明激光焊的特点及其适用场合。 激光焊的特点：

①激光辐射的能量释放极其迅速，点焊过程只几毫秒，不仅提高了生产率，而且被焊材料不易氧化，因此可在大气中进行焊接，不需要气体保护或真空环境。

②激光焊接的能量密度很高，热量集中，作用时间很短，所以焊接热影响区很小，焊件不变形，特别适用于热敏感材料的焊接。 ③激光束可用反射镜、偏转棱镜或光导纤维将其在任何方向上弯曲、聚焦或引导到难以接近的部位。

④激光可对绝缘材料直接焊接，易焊接异种金属材料。

脉冲激光点焊特别适于焊接微型、精密、排列非常密集和热敏感材料的焊接，已广泛应用于微电子元件的焊接，如集成电路内外引线焊接、微型继电器和电容器等的焊接。连续激光焊可实现从薄板到50mm厚板的焊接，如焊接传感器、波纹管、小型电机定子及变速箱齿轮组件等。

9．试比较电阻焊和摩擦焊的焊接过程有何异同，电阻对焊与闪光对焊有何区别。

电阻焊是将焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。 摩擦焊在压力作用下，通过待焊工件的摩擦界面及其附近温度升高，材料断面达到热塑性状

态，伴随着材料产生塑性流变，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。 相同点：

①在受压条件下成型； ②端面与端面的焊接； ③无需焊接材料；

④焊接效率高，质量稳定。 不同点：

①热源不同，摩擦焊利用摩擦热，电阻焊利用电阻热。

②对工件截面大小、形状要求不用。摩擦焊可以焊接同种金属，也可以焊接不同种金属，工件可以等截面积，也可不同截面积，但需要一个焊件为圆形或管形；电阻焊要求同种金属等截面焊接。

③焊件大小不同，摩擦焊件直径可以从2mm至150mm，而电阻焊件一般直径小于20mm。 ④摩擦焊设备复杂，一次性投资大；电阻焊设备相对简单。

电阻对焊与闪光对焊的根本区别在于焊件的接触与通电的先后顺序不同。若先接触后通电，为电阻对焊；若先通电后接触，为闪光对焊。

10．等离子弧切割与气割相比有什么特点？试述其应用。

利用等离子弧可迅速将金属欲切部位熔化并立即吹掉而形成切口，与气割相比，等离子弧切割的特点是：切口窄、切割面质量好、切割速度快、热影响区小及变形小。等离子弧切割主要用于气割所不能切割的材料，如不锈钢、高合金钢、铸铁、铜、铝及其合金以及非金属。

11．与其他焊接方法相比，电渣焊各具有哪些优点？

①大厚度工件可以一次焊成。厚度在40毫米以上的工件，即使采用埋弧自动焊，也必须开坡进行多层焊接。使用电渣焊，由于渣池的加热范围比热量集中的电弧大得多，所以，很厚的工件（例如200毫米厚钢板），也可以用电渣焊一次焊成，提高了生产效率。

②焊接材料消耗少。电渣焊时，大厚工件也无需开焊接坡口，只需预留25-40毫米的间隙，节约了钢材和填充金属，焊剂的消耗也只有埋弧焊的1/15左右。所以，对于大厚工件的焊接来说，电渣焊生产效率最高，生产成本最低。

③焊缝质量比较好。电渣焊时，金属熔池上面覆盖着一定深度的渣池，既可以避免空气与金属熔池的接触，又使金属熔池冷却缓慢，液态金属停留时间长，有利于熔池中气体和杂质的排出，不易产生气孔、夹渣物等缺陷。

④用电渣焊一次焊成大厚度工件时，焊接速度相对比较慢，焊缝区在高温停留的时间较长，近焊缝区不易出现淬硬组织和冷裂纹，这对于焊接易淬火的钢种是比较有利的。但高温时间停留过长，使热影响区比其他焊接方法宽，晶粒粗大，易产生过热组织，因此，近焊缝区的机械性能有一定下降。所以，对于重要的构件，焊后必须进行900℃以上的正火热处理，以改善焊缝的性能。

12．如何考虑气焊的焊接规范？ ①母材材质；

②焊材材质和类型； ③焊接方法； ④坡口形式； ⑤焊接速度； ⑥焊接层次；

⑦预热温度，层间温度，后热温度； ⑧焊后热处理要求； ⑨其它要求。

13．点焊和缝焊有何异同？为什么它们的电极与零件之间的接触面不会熔化而焊接起来？ 点焊是利用柱状电极加压通电，缝焊是用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极。

电极自身的电阻发热小，能迅速逸散焊接区传来的热量；电极材料的物理性能稳定，高温下具有高的强度和硬度，有良好的抗变形和抗磨损能力；电极材料和头部形状使其在高温下与焊件金属形成合金化的倾向小，不易粘附。

14．CO2气体保护焊有什么优点，可用于焊接什么材料？ 优点：生产率高、成本低、焊缝质量较好。

主要适用于焊接低碳钢和强度不高的普通低合金结构钢焊件，焊件厚度不大于50mm（对接形式），不适于焊接易氧化的有色金属。

15．自动埋弧焊生产效率为何远高于焊条电弧焊？它是如何保护焊接区的高温金属不被空气氧化的？

自动埋弧焊电弧的引燃、焊丝的送进和电弧沿焊缝的移动，是由设备自动完成的，埋弧焊时电流大，电弧在焊剂层下稳定燃烧，无熔滴飞溅，热量集中，焊丝熔敷速度快，所以生产率远高于焊条电弧焊。

埋弧焊时，熔滴、熔池金属得到焊剂和熔渣泡的双重保护，有害气体侵入少，高温金属不被空气氧化。

16．用下表所列板材制作圆筒形低压容器，各应采用哪种焊接方法？ 容器材料 Q215—A钢 20钢 45钢 紫铜 铝合金 16Mn 不锈钢 板厚（mm） 20 2 6 4 20 20 10 数量 批量 批量 单件 单件 单件 单件 小批量 焊接方法 埋弧自动焊 缝焊 手弧焊 钨极氩弧焊 熔化极氩弧焊 CO2气体保护焊 熔化极氩弧焊

17．为下列产品选择合适的焊接方法。 （1）自行车车圈（大批量生产）；（2）低碳钢板制作的减速器箱体（单件小批量生产）；（3）汽车油箱（大量生产）；（4）硬质合金刀片与45钢刀杆的焊接（单件）；（5）锅炉壳体（小批量生产）；（6）Ф3mm铝—铜接头焊接（成批生产）；（7）铝合金板焊接容器（成批生产）。 自行车车圈（大批量生产）——对焊

低碳钢板制作的减速器箱体（单件小批量生产）——手弧焊 汽车油箱（大量生产）——埋弧自动焊

硬质合金刀片与45钢刀杆的焊接（单件）——铜基钎焊 锅炉壳体（小批量生产）——埋弧自动焊

Ф3mm铝—铜接头焊接（成批生产）——激光焊接 铝合金板焊接容器（成批生产）——熔化极氩弧焊

18．钢板拼焊工字梁的结构与尺寸如图7-34所示。材料为Q235—A钢，成批生产。现有钢板的最大长度为2500mm。试确定：翼板的焊缝位置，各焊缝的焊接方法，焊接顺序。

（1）腹板和上下翼板要用多块钢板拼接而成，所有焊缝均要求焊透，为避免应力集中，保证梁的承载能力，翼板与腹板拼接接头不应布置在同一截面上，错开距离不得小于200mm，同时翼板及腹板的拼接接头不应安排在梁的中心附近。

上翼板焊接位置为：中间板长2500mm，两边各为1250mm，如下图A位置所示。

下翼板焊接位置为：中间板为2500mm，两边各为550mm，如下图A位置所示。

腹板的焊接位置为与上下翼板焊缝避开，中间板长2000mm，两边各为1500mm。

（2）上、下翼板的拼接焊缝A应用手工电弧焊方法和422焊接材料；翼板和腹板的四条长焊缝B宜采用埋弧自动焊方法焊接，使用的焊接材料为H08A和焊剂130；筋板焊缝应采用电渣焊方法焊接，焊接材料为H08MnA和焊剂431。

（3）如下图所示，工字梁是具有对称布置的焊缝的结构，焊接应尽量采用对称焊接，当采用1-4-3-2的焊接顺序，则焊后上拱弯曲变形将大大减少。

19．图7-35所示焊接结构，哪种合理？哪种不合理？为什么？

（1）a不合理，b合理，焊缝要尽量对称。

（2）a不合理，b合理，避免交叉和密集的焊缝。

（3）a不合理，b合理，焊缝要避开应力较大和应力集中部位。

第八章金属切削加工

1．试说明下列加工方法的主运动和进给运动。 （1）车端面；（2）在钻床上钻孔；（3）在铣床上铣平面；（4）在牛头刨床上刨平面；（5）在平面磨床上磨平面。

车端面——零件的旋转运动为主运动，车刀的纵向、横向移动为进给运动。 在钻床上钻孔——钻头的旋转运动为主运动，钻头的轴线移动为进给运动。

在铣床上铣平面——铣刀的旋转运动为主运动，零件的纵向、横向移动为进给运动。 在牛头刨床上刨平面——刨刀的往复直线移动为主运动，零件的纵向、横向移动为进给运动。 在平面磨床上磨平面——砂轮的旋转运动为主运动，工件随工作台的往复直线运动为纵向进给运动，零件的旋转为圆周进给运动，砂轮做周期性的横向进给运动。

2．刀具切削部分材料应具备哪些基本性能？常用的刀具材料有哪些？

刀具材料硬度大于零件硬度，一般应在60HRC以上；要有一定的强度和韧性，以承受切削力和振动；要有一定的热硬性，即高温下仍具有良好的强度、韧性、硬度和耐磨性；要具有良好的工艺性能等，其角度既要使刀具锋利，又要使刀具坚固。 常用的刀具材料： ①碳素工具钢 ②合金工具钢 ③高速钢 ④硬质合金 ⑤陶瓷材料 ⑥人造金刚石

⑦立方氮化硼

3．切屑是如何形成的？常见的有哪几种？ 金属层被切离前，刀刃在力的作用下克服了材料的分子内聚力挤入刀刃前面的材料，材料产生裂纹，刀刃继续挤入，直至被挤裂的金属层脱离工件本体，沿着刀具前面流出而成切屑。 常见的切屑： ①带状切屑

②节状切屑（又称挤裂切屑） ③粒状切屑 ④崩碎切屑

4．刀具的磨损形式有哪几种？在刀具磨损过程中一般分为几个磨损阶段？刀具寿命的含义和作用是什么？

正常磨损和非正常磨损。

初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。

一把新磨好的刀具（或不重磨刀片上的一个新切削刃），从开始切削至达到磨损限度为止所使用的切削时间，称为刀具寿命。

在同一条件下切削同一工件材料时，可以用刀具使用寿命来比较不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各种工件材料，又可以用刀具使用寿命来比较工件材料的切削加工性；也可以用刀具使用寿命来判断刀具几何参数是否合理。

5．弯头车刀刀头的几何形状如图8-62所示，试分别说明车外圆、车端面（由外向中心进给）时的主切削刃、刀尖、前角γ0、主后角α0、主偏角Kr和副偏角Kr’。

（1）车外圆：前角γ0—1、主后角α0—2、主偏角Kr—3、副偏角Kr’—4。

（2）车端面：前角γ0—1、主后角α0—2、主偏角Kr—5、副偏角Kr’—6。

6．车削适于加工哪些表面？为什么？ 车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等。 车削加工的主运动是零件的旋转运动，配合车刀的纵向、横向进给运动来完成零件回转表面的加工。

7．一般情况下。车削的切削过程为什么比刨削、铣削等平稳？对加工有何影响？

除了车削断续表面之外，一般情况下车削过程是连续进行的，不像铣削和刨削，在一次走刀过程中刀齿有多次切入和切出，产生冲击。并且当车刀几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切屑层公称横截面积是不变的。因此，车削是切削力基本上不发生变化，车削过程要比铣削、刨削平稳。又由于车削的主运动为工件回转，避免了惯性力和冲击的影响，所以车削允许采

用较大的切削用量进行高速切削或强力切削，有利于提高生产率。连续切削效率高，表面粗糙度等级高，加工精度也高；断续切削效率低，表面粗糙度等级低，加工精度也低。

8．磨削为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度值？

①磨粒上较锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可以小到微米。

②磨削所用的磨床，比一般切削加工精度高，刚度及稳定性较好，并且具有微量进给机构，可以进行微量切削。 ③磨削时切削速度很高，当磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时，同时有很多切削刃进行切削，每个磨刃仅从工件上切下极少量的金属，残留面积高度很小，有利于形成光洁表面。

9．超精加工的加工原理、工艺特点和应用场合与普通加工方法有哪些不同？

①超精加工是利用装在振动头上的细磨粒油石对工件进行微量切削的一种磨料精密加工方法。

②超精加工主要是减小Ra值，可达0.2～0.012μm ，可适当提高形状精度。

③超精加工生产率很高，常用于加工曲轴、轧辊、轴承环和某些精密零件的外圆、内圆、平面、沟道表面和球面等。

10．何谓周铣和端铣？为什么在大批量生产中常采用端铣而不用周铣？ 周铣：是用铣刀圆周表面上的切削刃铣削零件，铣刀的回转轴线平行。

端铣：是用铣刀端面上的切削刃铣削零件，铣刀的回转轴线与加工平面垂直。 由于端铣的切削过程比周铣平稳，有利于提高加工质量，并且端铣可达到较小的表面粗糙度，端铣还可以采用高速铣削提高生产效率，提高已加工表面质量。

11．扩孔、铰孔为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度值？ 扩孔：

①切削刃不必自外圆延续到中心，避免了横刀所引起的一些不良影响。 ②切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。 ③刀齿多，导向作用好，切削平稳，生产率高。 铰孔：

①铰孔的余量小。 ②切削速度低。

③铰刀齿数较多，心部直径大，导向性及刚性好，综合了切削和修光的作用。

12．镗床镗孔与车床镗孔有何不同？各适合于什么场合？

镗床镗孔时，镗刀刀杆随主轴一起旋转，完成主运动，进给运动可由工作台带动零件纵向移动，也可由镗刀刀杆轴向移动实现。车床镗孔主运动和进给运动分别是零件的回转运动和车刀的移动。回转体零件上的轴心孔多在车床上加工。箱体类零件上的孔或孔系（相互有平行度或垂直度要求的若干个孔）常用镗床加工。 13．若用周铣法铣削带黑皮铸件或锻件上的平面，为减少刀具磨损，应采用顺铣还是逆铣？为什么？

应采用逆铣。因为铸件或锻件平面带有黑皮时，硬度一般较高，而顺铣时，铣齿首先接触黑皮，对铣齿产生较大的冲击力，而逆铣时，铣齿首先接触已加工表面，切削力逐渐增大，铣齿的引入和退出非常顺利。因此，逆铣比较适合于带有黑皮的零件表面的加工。

14．用周铣法铣平面，从理论上分析，顺铣比逆铣有哪些优点？实际生产中，目前多采用哪种铣削方式？为什么？

顺铣比逆铣刀具耐用度高，零件表面质量好，零件夹持的稳定性高。 目前多采用的是逆铣法，因为一般铣床尚没有消除工作台丝杠与螺母之间间隙的机构，逆铣时，水平分力与进给方向相反，铣削过程中工作台丝杠始终压向螺母，不致因为间隙的存在而引起工件窜动。当铣削带黑皮表面铸件或锻件时，若用顺铣法，因铣齿首先接触黑皮将加剧刀齿的磨损。

15．为什么刨削、铣削只能得到中等精度和较大的表面粗糙度Ra值？

刨削：刨削的主运动为往复直线运动，反向时受惯性力的影响，加之刀具切入和切出时有冲击，限制了切削速度的提高。铣削：在铣削过程中铣削力是变化的，切削过程不平稳，容易产生振动，这就限制了铣削加工质量和生产率的进一步提高。

16．试说明研磨、珩磨、超级光磨和抛光的加工原理。

研磨是用研磨工具和研磨剂，从零件上研去一层极薄表面层的精加工方法。

珩磨是利用带有磨条（有几条粒度很细的磨条组成）的珩磨头对孔进行精整加工的方法。 超级光磨是用细磨粒的磨具（油石）对零件施加很小的压力进行光整加工的方法。 抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以抛光膏，对零件表面进行光整加工的方法。

17．为什么研磨、珩磨、超级光磨和抛光能达到很高的表面质量？

抛光仅能提高零件表面的光亮程度而对零件表面粗糙度的改善并无益处。超级光磨仅能减小零件的表面粗糙度而不能提高其尺寸和形状精度。研磨和珩磨则不但可以减小零件表面的粗糙度也可以在一定程度上提高其尺寸和形状精度。

18．简述超声波加工的基本原理及应用范围。

超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声频机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振动产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。

超声波加工适于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、锗、硅、玛瑙、宝石、金刚石等，对于导电的硬质合金、淬火钢等也能加工，但价格效率比较低。

19．工艺题

讨论图8-63所示V形块单件小批量生产时的加工步骤。

工序号 1 工序名称 工步号 锻造 1 2 3 工步内容 毛坯尺寸96mmX76mmX56mm 粗、精刨表面3 粗、精刨表面4 定位基准 表面4 表面3 粗、精刨表面1，保证尺寸50±0.1 表面3、4 粗、精刨表面2，保证尺寸70±0.1 表面3、4 刨两端面5、6，保证尺寸90 粗、精刨V型槽两斜面 V型槽两斜面高频淬火 表面3、4 表面3、4 刨V型槽中间直槽，宽4，深12 表面3、4 2 刨削 4 5 6 7 3

热处理 8 第九章机械加工工艺过程

1．什么是安装？一般有哪几种安装方式？它们各适用于哪种场合？

是指在同一工序中，工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。安装包括定位和夹紧。 工件的安装方式有直接找正安装、划线找正安装、采用专用夹具安装。 直接找正安装适用于单件小批生产或定位精度要求高的情况。划线找正安装适用于单件小批生产精度较低、形状复杂的铸件或锻件毛坯。采用专用夹具安装适用于成批或大量生产中应用。

2．什么是定位？什么是“六点定位原则”？是否加工任何一种工件都必须六点定位？试举例说明。

即工件安装在机床上相对于刀具应处于某一正确的位置。

用六个点来限制工件在空间的六个自由度的原则就叫“六点定位原则”。 加工任何一种工件都必须六点定位。

3．什么是基准？有哪些种类？选择基准时应注意哪些原则？

基准是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。

基准分为设计基准和工艺基准两大类。其中工艺基准又可分为定位基准、测量基准、装配基准。

选择基准时应注意基准重合原则、基准统一原则、粗基准使用一次原则等。

4．拟定加工工艺规程应考虑哪些问题？

应考虑的问题有：排列加工顺序、确定各工序所用设备、加工方法、检测方法、工艺装备、加工余量、切削用量及工时定额等。

5．什么是加工余量、工序余量和总余量？

加工余量：指加工过程中在工件表面所切去的金属层厚度，等于工序余量之和。 工序余量：是指相邻两工序的尺寸之差。

总余量：指毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差。

6．举例说明在零件加工工艺过程中，如何合理安排热处理工序？

热处理工序的安排，要根据热处理的目的来决定。如正火、退火、时效处理和调质等预备热处理常安排在粗加工前后，目的是改善加工性能，消除内应力和为最终热处理作好组织准备。

淬火—回火、渗碳淬火、渗氮等最终热处理一般安排在精加工（磨削）之前，或安排在精加工之后，其目的是提高零件的硬度和耐磨性。

7．试拟定图9-19所示零件的加工工艺规程。零件采用无缝45钢管，成批生产。

工序号 1 2 工序名称 铸造 热处理 铸造，清理 时效处理 夹Ф102毛坯外圆，粗车右端外圆至尺寸Ф106，长度大于160，车右端面见平，粗车Ф90+0.035内孔至Ф86，0调头装夹右端外圆，粗车左端外圆至尺寸Ф106，车左端面，保持总长尺寸为263 二次时效处理 半精车Ф90+0.035右端内孔，留精加工余量1.5，车外0圆至尺寸Ф102，车右端内角30°至尺寸5.3，端面倒角2.5 x 45°，车左端面，端面倒角2.5 x 30° 装夹左端外圆并找正，精车孔Ф90+0.035，留磨削余量00.8，车右端面内角30°至尺寸长度3.8+0.5，保证总长0尺寸为261.5，倒角1 x 45°，以内孔定位，调头装夹，精车左端面，保证总长尺寸为260±0.20，倒角1 x 30° 装夹左端外圆并找正，磨削孔Ф90+0.035至尺寸 0按图样要求检验 工序内容 设备 3 车 C6140 4 5 热处理 半精车 C6140 6 精车 C6140 7 8 磨削 检验 M1432

8．某工厂生产的液压泵经常发生漏油现象，且密封圈磨损严重、寿命低，检查发现主要是活塞杆的制造工艺存在问题。图9-20所示为活塞杆的零件图，材料为40Cr，热处理要求达到24~28HRC，试编制活塞杆制造工艺。

工序号 1 2 工序名称 下料 热处理 下料Ф47 x 1220 调质处理24~28HRC 夹左端，车右端面见平，钻B2.5中心孔，粗车右端外圆，留精加工余量3，调头装夹零件，车左端面保证总长1200，钻B2.5中心孔，粗车左端外圆，留精加工余量3 夹左端，顶右端，精车右端外圆，Ф300+0.013 x 500、Ф450倒角1 x 45°，+0.013 x 200处分别留磨削余量0.8，半径R1，调头，一夹一顶精车左端外圆，Ф300+0.013 x 500处留磨削余量0.8，倒角1 x 45°，半径R1 修整顶尖孔 用两顶尖装夹零件，磨削Ф300Ф450+0.013、+0.013至尺寸，调头，用两顶尖装夹零件，磨削Ф300+0.013至尺寸 按图样要求检验 工序内容 设备 3 车 CA6140 4 精车 CA6140 5 6 7

车 磨 检验 CA6140 M1432